鋼板樁施工技術(shù)在橋梁主墩承臺(tái)深基坑支護(hù)中的應(yīng)用

李 賁

（廣州市第一市政工程有限公司，廣東 廣州）

跨水橋梁承臺(tái)工程經(jīng)常使用的施工技術(shù)包括筑島圍堰、套箱圍堰、雙壁鋼圍堰和鋼板樁圍堰，其中拉森鋼板樁圍堰的使用率更高，原因是這種支護(hù)形式的強(qiáng)度、剛度、經(jīng)濟(jì)性和施工便捷度都更加優(yōu)秀。拉森鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠有效防水、深入土層、提高重復(fù)利用率，還可用作封底混凝土的模板，實(shí)際使用鋼板樁時(shí)需要關(guān)注可能發(fā)生的變形、滲漏等問(wèn)題。

1 工程概況

以某橋梁基坑支護(hù)工程為例，工程大橋總長(zhǎng)約為1 212 m，全線采用三種結(jié)構(gòu)形式：上跨江主航道是懸臂澆筑變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，規(guī)格為70+120+70 m；兩岸堤跨引橋是連續(xù)梁橋，規(guī)格為38+65+38 m；堤內(nèi)引橋和堤外引橋都采用預(yù)制組合小箱梁，分別為35 m 和30 m。其中14#、15#主墩左右幅各有一個(gè)承臺(tái)，尺寸都是16.5×16.5×4 m，兩個(gè)主墩的承臺(tái)底標(biāo)高分別是10.837 m 和10.784 m。地基是樁基礎(chǔ)，采用摩擦樁，承臺(tái)下設(shè)16 根鉆孔灌注樁，直徑1.8 m，長(zhǎng)為60 m，單個(gè)承臺(tái)C30混凝土約為1 089 m3，鋼筋約為89 t，該大橋縱斷面情況見圖1。該工程所處區(qū)域地貌為沖積平原，氣候特征是北亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，雨量充沛，多集中于夏季，該橋所跨水道的枯水期平均水位是14.414～15.424 m，近些年來(lái)汛期最高水位高程是21.33～17.59 m，總的來(lái)說(shuō)，該橋的主墩地質(zhì)條件較為復(fù)雜，具有地下水位高、淤泥層厚、底部為砂層等特征。

圖1 大橋縱斷面

2 橋梁主墩承臺(tái)深基坑支護(hù)中鋼板樁施工技術(shù)方案

2.1 方案介紹

本工程采用拉森鋼板樁支護(hù)，橋墩位于河床較高處，間距已經(jīng)超過(guò)100 m，筑島圍堰施工時(shí)不影響正常通航，因此選擇填土筑島+鋼板樁支護(hù)的方案，兼具經(jīng)濟(jì)性與合理性。考慮到筑島圍堰頂部標(biāo)高是21.2 m，基坑底部均為砂土，透水性好，因此以抗管涌為主判定拉森鋼板樁的長(zhǎng)度，通過(guò)計(jì)算可知鋼板樁長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)在18 m 以上，結(jié)合復(fù)雜的基底情況，最終決定14#和15#主墩所采用的拉森鋼板樁長(zhǎng)度分別為21 m 和18 m。第一、二、三道鋼圍檁均使用雙拼H 型鋼，內(nèi)支撐均使用φ609×16 mm 鋼管。

基坑支護(hù)的施工流程見圖2，在施工時(shí)有幾點(diǎn)需要注意，首先是要判斷圍堰的透水性，如果發(fā)生透水問(wèn)題，需要采用吸泥排土法進(jìn)行處理，水下灌注底部1.5 m 厚封底混凝土；其次由于該工程水位較高，而且鋼板樁主要通過(guò)自身鎖扣實(shí)現(xiàn)自防水，要做好鋼板樁的防漏水措施；最后是注意工程工期，盡量保證在枯水期內(nèi)完成工作，預(yù)留給安裝鋼圍檁的時(shí)間有限，需要合理安排保證施工順利。

圖2 基坑支護(hù)施工流程

2.2 鋼板樁圍堰施工

2.2.1 導(dǎo)向安裝

枯水期施工時(shí)，在該橋14#和15#主墩的筑島平臺(tái)安裝導(dǎo)向裝置，便于控制插打鋼板樁時(shí)鋼板樁的垂直度和平面位置。安裝時(shí)首先要通過(guò)測(cè)算確定鋼板樁圍堰的邊線位置，其次要根據(jù)邊線位置挖出20～40 cm 的定位溝槽，再次在角點(diǎn)位置插打兩根定位鋼板樁，保證定位精準(zhǔn)，不得影響工程質(zhì)量，最后要在鋼板樁插打范圍內(nèi)的外側(cè)地面上用型鋼焊接定位鋼板，型鋼部位應(yīng)當(dāng)墊平，并用18 號(hào)槽鋼連接，保證后期割除能夠順利進(jìn)行，導(dǎo)向布置見圖3。

圖3 導(dǎo)向布置

2.2.2 鋼板樁插打

鋼板樁的插打順序是從中間過(guò)渡到兩邊，完成一面工作后，在兩端打設(shè)角樁繼續(xù)依照順序進(jìn)行搭設(shè)，在靠堤側(cè)承臺(tái)角樁位置合攏，打樁順序的具體情況詳見圖4。用平板車和吊車將鋼板樁運(yùn)送指定位置上，然后以插打順序堆碼，堆碼層數(shù)不得超過(guò)四層，每層之間用墊木隔開。此外，為了避免超長(zhǎng)拉森鋼板變形，吊裝時(shí)盡量選擇短邊方向。施工時(shí)主要使用履帶設(shè)備，設(shè)備規(guī)格是80 t，以防土地承載力過(guò)低導(dǎo)致陷車問(wèn)題，此外還要使用DZ120 型液壓振動(dòng)錘配合插打工作。

圖4 鋼板樁施工順序

2.2.3 防漏水

鋼板樁主要通過(guò)自身的U 形鎖扣進(jìn)行密封，從而達(dá)到防水效果，如果鎖扣未對(duì)緊或密封不嚴(yán)，圍堰會(huì)從鎖扣處開始滲漏，為了保證圍堰的安全性與可靠性，可以在鋼板樁工程準(zhǔn)備期間、施工期間和抽水結(jié)束三個(gè)階段做好防滲漏處理[1]。準(zhǔn)備期間主要是對(duì)鋼板樁進(jìn)行檢查和試驗(yàn)，檢查鎖扣是否存在銹蝕、變形等問(wèn)題，是否留存雜物，并及時(shí)清理，針對(duì)變形問(wèn)題可以用專門的整形胎具恢復(fù)鋼板樁的原始狀態(tài)[3]；施工期間開始插打作業(yè)，控制垂直度，不得強(qiáng)行拖打，避免鎖口受損；開挖抽水等環(huán)節(jié)結(jié)束后，如果鎖口依然存在輕度的漏水現(xiàn)象，可沿水流方向確定漏水縫隙，并在縫隙位置撒入細(xì)微填充物，漏水情況過(guò)于嚴(yán)重時(shí)，必須立即停工，組織搶險(xiǎn)，同時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。

2.2.4 鋼圍檀及內(nèi)支撐施工

該工程總共需要布置三道鋼圍檁支撐體系，頂層與二、三層鋼圍檁采用的H 型鋼規(guī)格不同，前者是2HN700×300×13×24 mm，后者是3HN700×300×13×24 mm。在豐水期來(lái)臨前必須完成施工，因此要分段安裝圍檁與內(nèi)撐體系標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段，運(yùn)輸時(shí)分割段長(zhǎng)度不得超出9 m，平板運(yùn)輸車規(guī)格是9.6 m，安裝前放出標(biāo)高控制線，同時(shí)與鋼板樁焊接18 號(hào)工字鋼制作的定位架。每次挖至土層內(nèi)支撐下方50～100 cm 處就開始進(jìn)行安裝，根據(jù)實(shí)際情況選擇使用木楔或鋼板塞緊圍檁與圍堰壁間的縫隙。

2.2.5 圍堰內(nèi)挖土、吸泥

圍堰內(nèi)挖土、吸泥工作主要是針對(duì)透水層的上下兩部分土體。開挖透水層以上土體時(shí)主要使用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)和履帶吊，挖掘機(jī)與鋼板樁的水平距離必須超過(guò)3 m。分段開挖時(shí)控制每層高度在2 m 以內(nèi)，臨時(shí)堆放的土方高度在1.5 m 以內(nèi)，與基坑邊的距離要超過(guò)20 m；開挖透水層以下土體時(shí)主要使用吸泥機(jī)和高壓射水工具，防止地下水滲入量過(guò)大影響開挖效率。使用吸泥機(jī)時(shí)要從基坑四周向中間緩慢且分段進(jìn)行施工，每層高度低于2 m，同時(shí)注意吸泥管和排泥管彎頭處的堵塞問(wèn)題，全程保持圍堰內(nèi)外水位平衡的狀態(tài)。

2.2.6 圍堰封底

圍堰封底的作用是支撐鋼板樁，同時(shí)承受反向的水土壓力，所以需要設(shè)置合理的厚度保證圍堰質(zhì)量，底部不透水時(shí)混凝土墊層厚度應(yīng)為50 cm，底部透水且水位較高時(shí)封底厚度按1.5 m 考慮。封底施工時(shí)采用提升導(dǎo)管法，主要設(shè)備包括導(dǎo)管和混凝土儲(chǔ)料斗，其中導(dǎo)管的規(guī)格為直徑300 mm，壁厚12 mm，節(jié)段長(zhǎng)為3 m，最上一節(jié)為2 m，澆筑過(guò)程中在14#和15#主墩各設(shè)置36 個(gè)灌注點(diǎn)。澆筑的混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的75%后，利用水泵排干基坑余水[2]。

2.3 圍堰換撐及拆除

圍堰換撐及拆除分兩次完成，第一次是底部1.5 m承臺(tái)施工結(jié)束后，在承臺(tái)周圍回填1.0 m 厚的砂土，混凝土強(qiáng)度達(dá)到25 Mpa 時(shí)可以拆除底層內(nèi)支撐；第二次是頂部2.5 m 承臺(tái)施工結(jié)束后，在承臺(tái)周圍回填2.0 m 厚的砂土，混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后拆除第二層內(nèi)支撐。拆除鋼板樁時(shí)使用打拔樁振動(dòng)錘，先夾住樁頂振動(dòng)1～2 min，緩慢向上振拔，如果出現(xiàn)難以拔除的情況，可以向下壓樁幾公分，然后再上拔。

3 施工監(jiān)測(cè)

3.1 監(jiān)測(cè)方案

施工監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括鋼板樁位移、深層土體位移、地下水位和支撐體系軸力。監(jiān)測(cè)鋼板樁位移情況要從水平和豎直兩個(gè)方向入手，工作基點(diǎn)設(shè)置在14#墩北側(cè)45 m 處；深層土體監(jiān)測(cè)點(diǎn)要設(shè)置在樁后3 m 左右的范圍內(nèi)，鉆孔直徑為110 mm；監(jiān)測(cè)地下水位時(shí)使用內(nèi)徑60 mm 的PVC 管，埋深10 m，外露0.2 m；采用鋼弦式軸力計(jì)監(jiān)測(cè)支撐體系，使用前要將安裝架與鋼板焊接好，用螺栓固定軸力計(jì)，防止突然掉落[4]。

3.2 監(jiān)測(cè)頻率

施工監(jiān)測(cè)分為兩個(gè)階段，第一階段是基坑開挖前，第二階段是基坑開挖期間，觀測(cè)頻率需要結(jié)合施工進(jìn)度和地質(zhì)條件等因素綜合決定[5]，一般來(lái)說(shuō)在第二階段時(shí)每天需要監(jiān)測(cè)1～2 次，變形較大則為2～3次，具體頻次見表1。

表1 檢測(cè)周期頻率

3.3 監(jiān)測(cè)過(guò)程及結(jié)果

以14#墩北側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)該項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)過(guò)程及結(jié)果。首先樁頂水平位移選擇了6 組基點(diǎn)數(shù)據(jù)，由于基坑內(nèi)支撐的作用，而且土壓力有限，頂部位移程度不高，普遍是10～16 mm；其次沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)與位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)共用，可知最大沉降為5.6 mm，而且封底后趨勢(shì)較為穩(wěn)定，證明達(dá)到了封底作業(yè)的應(yīng)用效果；再次是水位監(jiān)測(cè)，3 月末水位上升較大，4 月初下降了20 cm 左右，最后逐步回升穩(wěn)定，穩(wěn)定的原因是封底后地下水恢復(fù)平衡；從次是深層土體位移，通過(guò)數(shù)據(jù)可知深層土體位移與開挖程度呈正比例關(guān)系，達(dá)到最大值后又逐漸縮小，其中位移最大點(diǎn)深度約為5 m；最后是軸力監(jiān)測(cè)，按對(duì)稱原則在三層各取兩個(gè)基點(diǎn)，三道撐都在封底之后逐漸趨于穩(wěn)定。

4 結(jié)論

本工程深基坑支護(hù)選擇拉森鋼板樁圍堰方案，綜合分析了樁頂水平位移、樁頂沉降變化、水位總體趨勢(shì)、深層土體位移和軸力變化的監(jiān)測(cè)結(jié)果，可以得出拉森鋼板樁圍堰方案能夠較好地維護(hù)圍堰穩(wěn)定性，而且對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境沒有太大影響，整體的建設(shè)工期較短，建設(shè)效果也達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，綜合來(lái)看，鋼板樁技術(shù)在橋梁主墩承臺(tái)深基坑支護(hù)中充分發(fā)揮了其應(yīng)用價(jià)值。